Metabolismo intermediario de Blastocystis spp

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Revista Eugenio EspejoISSN: 1390-7581ISSN: [email protected] Nacional de ChimborazoEcuador

Metabolismo intermediario de Blastocystisspp

Vielma Guevara, José Ramón; Buelvas Jimenez, NeudoMetabolismo intermediario de Blastocystis sppRevista Eugenio Espejo, vol. 15, núm. 2, 2021Universidad Nacional de Chimborazo, EcuadorDisponible en: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=572866949013DOI: https://doi.org/10.37135/ee.04.11.10

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https://doi.org/10.37135/ee.04.11.10

José Ramón Vielma Guevara, et al. Metabolismo intermediario de Blastocystis spp

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Artículos de revisión

Metabolismo intermediario de Blastocystis sppIntermediate metabolism of Blastocystis spp

José Ramón Vielma GuevaraUnidad Educativa Privada “Colegio Santa Mariana deJesús”, VenezuelaUniversidad Nacional Experimental Sur del Lago “JesúsMaría Semprum”, [email protected]

https://orcid.org/0000-0003-1231-6793

Neudo Buelvas JimenezPharmacology Laboratory and Pulmonary Physiopathology,Chile

https://orcid.org/0000-0002-1058-2943

DOI: https://doi.org/10.37135/ee.04.11.10Redalyc: https://www.redalyc.org/articulo.oa?

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Recepción: 16 Julio 2020Aprobación: 11 Noviembre 2020

Resumen:

Blastocystis es un stramenopile o cromista, pleomórfico no móvil. Se han identificado diecinueve subtipos de este organismo(ST1-ST19). Tiene una presencia a nivel mundial. Este microorganismo tiene un metabolismo intermediario anaeróbico. Unaspecto interesante de la bioquímica de este stramenopile está dado por la presencia de organelas similares a mitocondriascon un conjunto de rutas: cadena de fosforilación oxidativa incompleta, ciclo de Krebs parcial, metabolismo de ácidos grasos(anabolismo y catabolismo), metabolismo de aminoácidos y ensamblaje de proteínas con centros hierro/azufre. El tratamiento seha basado tradicionalmente en metronidazol y otros imidazoles. Sin embargo, hay un número creciente de cepas resistentes a esosmedicamentos. La reciente obtención del genoma nuclear y los estudios bioquímicos, proteómicos, metabolómicos, interactómicospermitirán el desarrollo racional de nuevos fármacos curativos. El objetivo de esta revisión es describir el metabolismo de Blastocystisspp.Palabras clave: : Blastocystis , metabolismo, metronidazol.

Abstract:

Blastocystis is a stramenopile or chromist, nonmobile pleomorphic. Nineteen subtypes of this organism (ST1-ST19) have beenidentified worldwide. is microorganism has an intermediate anaerobic metabolism. An interesting aspect of the biochemistryof this stramenopile is given by the presence of mitochondrial-like organelles with a set of pathways: incomplete oxidativephosphorylation chain, partial Krebs cycle, fatty acid metabolism (anabolism and catabolism), amino acid metabolism and proteinassembly with iron / sulfur centers. Treatment has traditionally been based on metronidazole and other imidazoles. However,there are a growing number of strains resistant to these drugs. e recent obtaining of the nuclear genome and the biochemical,proteomic, metabolomic and interactomic studies will allow the rational development of new curative drugs. e objective of thisreview is to describe the metabolism of Blastocystis spp.Keywords: Blastocystis , metabolism, metronidazole.

INTRODUCCIÓN

Blastocystis es un organismo polimórfico, siendo las formas vacuolares, granular, ameboide y quística son lasmás frecuentes, aunque, las avacuolares, multivacuolares y aquellas con inclusiones filamentosas también sereconocen.(1,2,3,4,5,6,7,8,9)

https://orcid.org/0000-0003-1231-6793

https://orcid.org/0000-0003-1231-6793

https://orcid.org/0000-0002-1058-2943

https://orcid.org/0000-0002-1058-2943

https://doi.org/10.37135/ee.04.11.10



Revista Eugenio Espejo, 2021, vol. 15, núm. 2, Mayo-Agosto, ISSN: 1390-7581 2661-6742


El ciclo de vida de este microorganismo, así como sus fuentes y mecanismos de transmisión noson totalmente conocidos; al respecto, las establecidas son: la vía fecal-oral, la ingestión de agua yalimentos contaminados y la transmisión zoonótica.(10,11,12,13,14,15) Está presente en todo el mundo, siendo elstramenopile el que más afecta a los humanos.(16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30)

Blastocystis ha sido considerado como material vegetal, hongo, flagelado o protozoo.(5, 6, 31,32,33) En 1996,el análisis molecular de la subunidad pequeña del rRNA (SSU-rRNA) y del factor de elongación 1α,mostró que podría incluirse enheterokontophyta.(34, 35) Estudios posteriores, empleando múltiples secuenciasmoleculares de ocho genes, confirmaron su clasificación taxonómica como estramenopile.(36)

Una característica distintiva de estramenopile es la presencia de un flagelo que le proporciona movilidaden alguna fase de su ciclo vital; contradictoriamente, Blastocystis no tiene flagelo. Este microorganismo seha relacionado con la enfermedad gastrointestinal humana, conocida como blastocystosis o enfermedad deZierdt-Garavelli.(23, 27, 37) Además, se ha asociado con el síndrome de intestino irritable, urticaria, colitisulcerosa, cáncer y artritis.(30, 38,39,40,41,42,43,44)

Una particularidad de su bioquímica está dada por la presencia de organelas similares a mitocondrias(MLOs). En MLOs, las propiedades de organismos aeróbicos y anaeróbicos coexisten de manera simultánea,bríndándole una extraordinaria capacidad para adaptarse, debido a la “plasticidad” de su metabolismo, lo quele confiere: resistencia al estallido respiratorio, adaptación a microambientes libres de oxigeno o a la presenciade este, gracias a la oxidasa alternativa (AOX), entre muchas otras cualidades.(45, 46)

DESARROLLOMetabolismo intermediarioEn 2011, se propuso una reconstrucción de las vías metabólicas del ST7 de Blastocystis en MLOs con el

uso de los algoritmos MitoProt y MitoPred,(45) lo que permitió la verificación de 365 proteínas diferentes enestas organelas con propiedades mixtas: dehidrogenosomas (metabolismo fermentativo) y de mitocondrias(metabolismo respiratorio). Trabajos previos, solo predijeron 110 proteínas en las MLOs, sin lograr elreconocimiento de las secuencias de señal de importación hasta las mitocondrias ubicadas en el extremoamino terminal.(47) varias rutas predichas se indican a continuación: (45)

a) La conversión del piruvato en Acetil-CoA, por el complejo de deshidrogenasa (PDH), ferredoxinaoxidorreductasa (PFOR) o NADP. oxidorreductasa (PNO).

b) El Acetil-CoA se convierte en Succinato CoA transferasa (ASCT) y podría permitir la producción deATP.

c) El piruvato podría seguir varias rutas, que potencialmente usan los complejos I y II de la cadenade transporte de electrones para producir succinato (y propionato) y participar en el mantenimiento delequilibrio de óxido-reducción (redox).

d) Metabolismo de ácidos grasos.e) Metabolismo de aminoácidos.f) Rutas para el ensamblaje de proteínas con centros hierro/azufre.g) Maquinaria de importación en organelas similares a mitocondrias.h) Enzimas contra el estrés oxidativo: superóxido dismutasa (SOD), AOX, glutatión reductasa (GR)

y glutatión peroxidasa (GPx), el papel del glicerol 3 fosfato deshidrogenasa (G3PDH) no ha sidodeterminado.(45)

i) Ciclo de la urea.(47)

j) Producción del propionatos.(47)

De las 365 proteínas predichas con la combinación de los dos algoritmos, un total de 299 presentaronuna secuencia de señal de importación, mientras que para las 66 proteínas restantes se sugiere un mecanismodiferente de importación.(45)



Metabolismo de los ácidos grasos de BlastocystisAnabolismo de ácidos grasosUna de las diferencias cruciales entre el metabolismo de los ácidos grasos de mamíferos y el de Blastocystis es

su ubicación subcelular diferente: en humanos y hongos ocurre en el citosol (anabolismo de ácidos grasos), enplantas ocurre en cloroplastos; mientras que, en el cromista, se produce en las MLOs. El principal precursorde la biosíntesis de ácidos grasos es el malonil-CoA (figura 1), derivado a su vez del Acetil-CoA. En este pasodonde se produce la regulación de la vía anabólica, la enzima limitante de la tasa metabólica es la acetil-CoAcarboxilasa, responsable de la transferencia de un átomo de carbono derivado del CO. hasta el sustrato, querequiere del cofactor biotina.(48) Esta enzima fue predicha para Blastocystis; sin embargo, hay otras enzimasdel metabolismo de los ácidos grasos que no fueron predichas.(45)

FIGURA 1Anabolismo de ácidos grasos en las MLOs de Blastocystis spp Fuentes

Denoeud et al 201145 Vielma y ChacínBonilla 20206 Enzimas no predichas

Figura 1. Anabolismo de ácidos grasos en las MLOs de Blastocystis spp. Fuentes: Denoeud et al., 2011;(45)

Vielma y Chacín-Bonilla, 2020(6). ?= Enzimas no predichas.Los ácidos grasos tienen cuatro funciones metabólicas trascendentes en las células de los mamíferos:

forman parte de estructuras más complejas, como los fosfolípidos y los glucolípidos que son moléculasque estructuran la membrana celular debido a su carácter anfipático. Se unen a las proteínas, facilitandosu inserción en la bicapa lipídica de la membrana celular. Los ácidos grasos se usan como combustiblemetabólico de reserva almacenando triacilgliceroles (triésteres del glicerol). Además de actuar comomensajeros intracelulares.(48)

En 1994, se demostró que el microorganismo tiene la capacidad de sintetizar la mayoría de los lípidoscelulares de novo, sugiriendo que adquiere colesterol libre y ésteres de colesterol intactos, directamentedel medio de crecimiento. Mediante marcaje radiactivo, las cepas axénicas de Blastocystis incorporaron elisótopo32P agregado al medio como ortofosfato, hasta una serie de fosfolípidos que incluyeron esfingomielina,cardiolipina, ácido fosfatídico, fosfoglicéridos de colina, etanolamina, serina e inositol y algunos otrosfosfolípidos menores. El palmitato radiactivo y el glicerol proporcionados al medio de crecimiento,introdujeron radiomarcadores en diacilgliceroles, triacilgliceroles y todos los principales fosfoglicéridosencontrados. El palmitato es un ácido graso importante de los ésteres de colesterol en Blastocystis, pero lavariante radioactiva no entró en ese grupo. El colesterol y los ésteres del colesterol, no se marcaron cuandolas células se cultivaron en presencia de glucosa radioactiva, ácido mevalónico o mevalonolactona.(49)



Hay hallazgos muy interesantes en aislamientos de Blastocystis obtenidos de humanos y avestruces, enrelación con la acumulación de grandes cantidades de lípidos por las formas vacuolares del ST4, aislado WR1en aves, lo que podría tener profundas implicaciones en la transmisión zoonótica.(50)

Del enfoque proteómico realizado a 2.766 proteínas, se destacó el papel de una pequeña proteína de unióna GTP del factor de ribosilación del ADP, involucrado en el tráfico intracelular, como principal regulador dela biogénesis de vesículas celulares y de otra proteína tipo canal selectivo para aniones voltaje dependiente.(50)

β-oxidación de ácidos grasosEn las células de mamíferos, la separación entre la β-oxidación de los ácidos grasos en las mitocondrias

y la biosíntesis en el citosol permiten que cada proceso se controle individualmente y se integre conlos requerimientos específicos del tejido. Cada paso en la oxidación incluye derivados de Acil-CoA, y escatalizado por enzimas que usan NAD. y FAD, generando gran cantidad de ATP, lo que favorece el equilibrioenergético celular, ya que esta energía se utilizará en múltiples procesos metabólicos. La β-oxidación de losácidos grasos en mamíferos es un proceso aeróbico. Antes de que los ácidos grasos se puedan catabolizar, estosdeben convertirse en un intermediario activo, siendo el único paso en el catabolismo completo de un ácidograso, que necesita energía del ATP. En presencia de ATP y de coenzima A, la enzima Acil-CoA sintetasa(tioquinasa) cataliza la conversión de un ácido graso en "ácido graso activo" o Acil-CoA, lo que utiliza unfosfato de alta energía con la posterior formación de AMP y PPi.(48)

En la β-oxidación, dos átomos de carbono se separan de las moléculas de Acil-CoA, comenzando en elextremo carbonilo. La cadena se rompe entre los átomos de carbono α (dos) y β (tercer carbono), de ahí elnombre β-oxidación. Las dos unidades de carbono que se forman son Acetil-CoA, cuyo número de átomosde carbono en el ácido graso determinará la cantidad de moléculas que se formen. Una modificación de β-oxidación en humanos, se encuentra en los peroxisomas y conduce a la formación de Acetil-CoA y H.O. (ladeshidrogenasa unida a flavoproteína). Este es el último producto que se desintegra en agua y oxígeno por laacción de la catalasa. Por lo tanto, esta deshidrogenación en los peroxisomas no está directamente relacionadacon la fosforilación oxidativa y la generación de ATP.(48)

β-oxidación de ácidos grasos en BlastocystisEn la vía catabólica, se destacan dos enzimas importantes de la β-oxidación de ácidos grasos no predichas

por los algoritmos MitoPred y MitoProt (el equivalente de la deshidrogenasa de Acil-CoA yla tiolasapresentes en mamíferos) (figura 2). La hipótesis de una regulación diferente a la observada en humanos,puede inferirse en el caso deBlastocystis; donde las dos rutas (anabolismo y catabolismo) coexisten en lamisma organela y, en este mismo sentido, la interpretación de las diferencias entre estos metabolismosposibilitan referir un posible papel patógeno y permitir el diseño racional de nuevas drogas curativas contraBlastocystis.(45)



FIGURA 2βoxidación de ácidos grasos en Blastocystis Fuentes Denoeud et al 201145 Vielma y

ChacínBonilla 20206 Enzima no predicha por los algoritmos utilizados LCACS AcilCoAsintetasa de cadena larga ECH enoilCoA reductasa HCDH 3hidroxiacilCoA deshidrogenasa

Figura 2. β-oxidación de ácidos grasos en Blastocystis. Fuentes: Denoeud et al., 2011,(45) Vielma y Chacín-Bonilla, 2020(6). ? = Enzima no predicha por los algoritmos utilizados; LC-ACS = Acil-CoA sintetasa decadena larga; ECH = enoil-CoA reductasa; HCDH = 3-hidroxiacil-CoA deshidrogenasa.

Equilibrio redoxLa oxidación biológica se define como la pérdida de electrones o la ganancia de protones; mientras

que, la reducción es la ganancia es el proceso inverso. En los sistemas vivos, estas reacciones ocurrensimultáneamente, cuando un sustrato se oxida, el siguiente se reduce y viceversa; siempre que la reacción seacople a cuatro tipos principales de enzimas oxidorreductasas: oxidasas, deshidrogenasas, hidroperoxidasasy oxigenasas. De manera similar, en las reacciones redox, el cambio en la energía libre es proporcional a latendencia de los reactivos a donar o aceptar electrones. De esa manera, expresa el cambio de energía libreen términos de ΔG0# y es posible expresarlo numéricamente como un potencial redox (E#0) de maneraanáloga.(48)

En cualquier sistema vivo debe haber necesariamente un equilibrio redox y energético. Este últimoes medido como la cantidad de moléculas de ATP disponibles y equivalentes reductores NADPH queconstituyen la moneda energética celular. En el primero, se almacena como enlaces fosfato de alta energíay como potencial redox en el caso del NADPH. Esta última molécula se genera principalmente en la ramaoxidativa de la vía de las pentosas fosfato, mediante la catálisis de la glucosa-6-fosfato deshidrogenasa y la6-fosfogluconato deshidrogenasa. En mamíferos, la vía de las pentosas fosfato es activa en hígado, tejidoadiposo, corteza suprarrenal, tiroides, eritrocitos, testículos y glándulas mamarias durante la lactancia. Lostejidos en los que la vía está activa usan NADPH en síntesis reductoras, por ejemplo: ácidos grasos, esteroides,aminoácidos por glutamato deshidrogenasa y glutatión reducido.(48)

Existen otras enzimas que generan poder redox en forma de NADPH, como la enzima málica y la malatodeshidrogenasa, que son útiles para la biosíntesis.(48) En Blastocystis, la ruta de la pentosa fosfato y la actividadespecífica de las enzimas generadoras de NADPH han sido poco estudiadas. Su posible patogenicidad lepodría asociar con el daño al intestino grueso por estrés oxidativo y ser una posible causa del síndrome deintestino irritable y urticaria.



Radicales libresUn radical libre es un átomo o molécula con un solo electrón no apareado. Ejemplos: óxido nítrico

(.NO), anión superóxido (O2 •- ), radical hidroxilo (.OH), radical lipoperóxido (LOO.). Aunque el oxígenomolecular (O.) tiene dos electrones aislados en diferentes orbitales, no es un radical libre. Sin embargo, el O.reacciona rápidamente con la mayoría de los radicales, formando a su vez otros radicales libres, que son másreactivos y causan oxidación selectiva de lípidos, proteínas o moléculas de ADN.(51,52,53,54)

La mayoría de los radicales que se producen in vivo son especies reactivas de oxígeno (ROS) o especiesreactivas de nitrógeno (RNS). Los RNS incluyen peroxinitrito (ONOO.), monóxido nítrico (.NO) ydióxido de nitrógeno (NO..). Los organismos aeróbicos han desarrollado un complejo sistema de defensaantioxidante para combatir los efectos destructivos de los productos de O.. Desafortunadamente, este sistemade defensa no es perfecto y siempre se produce algún daño molecular, que conduce a enfermedades yenvejecimiento.(51,52,53,54)

La transferencia de un solo electrón al O. genera el radical libre anión superóxido (O. .- ), con potencialdañino, lo que resulta en reacciones en cadena de formación de un mayor número de radicales libres(estrés oxidativo), lo cual amplifica sus efectos destructivos (daño oxidativo producido en proteínas, DNA ylipoperoxidación). La facilidad con la que se puede formar O. .- a partir del oxígeno en los tejidos y la presenciade SOD, siendo la enzima de cuya eliminación depende de todos los organismos aeróbicos, indicando que latoxicidad potencial del O. se debe a su conversión en O. .- . El anión superóxido se forma cuando las flavinasreducidas presentes (como la xantina oxidasa) sufren una oxidación de forma univalente por acción del O..(48)

El oxígeno inicialmente sufre una reducción de un solo electrón para producir el O. .- , que se dismuta enH.O. o se combina con .NO para formar ONOO., que también puede degradarse en .OH o un metabolitotóxico similar. El H.O. se convierte en .OH en presencia de un metal de transición como el hierro.(54) El .OHes el más electrofílico y reactivo de los radicales de oxígeno, con una vida media de aproximadamente 10-9

segundos y puede reaccionar inmediatamente en el sitio de su formación, dañando casi cualquier moléculacercana. La reactividad de .NO es bastante baja, pero reacciona con O., produciendo ONOO., que es unoxidante potente, capaz de reaccionar con proteínas, lípidos y ADN. (52)

Estrés oxidativo en BlastocystisBlastocystis tiene el gen sod y la SOD se puede encontrar en su secretoma.(45) Este hecho puede parecer

una paradoja debido a su metabolismo principalmente anaeróbico; sin embargo, esta enzima es fundamentalpara que el cromista resista las fluctuaciones en los niveles de oxígeno en los diferentes microambientes queeste coloniza. La Figura 3 muestra el equilibrio redox en Blastocystis (figura 3). En 2011,(45) se identificóteóricamente el gen que codifica una AOX que podría ser el receptor de electrones terminales de loscomplejos I y II, permitiendo la adaptación al estrés generado por el oxígeno y manteniendo el equilibrioNADPH/NADP., similarmente al caso Cryptosporidium parvum.(55,56) Esa hipótesis fue validada en 2018,(57)

demostrando que en Blastocystis las células respiran oxígeno a través de esta AOX (figura 3).



FIGURA 3Balance redox en Blastocystis spp Fuentes Denoeud et al 201145 Vielma y ChacínBonilla

20206 MLO orgánulos de tipo mitocondrial AOX oxidasa alternativa SODsuperóxido dismutasa GR glutatión reductasa GPx glutatión peroxidasa GPx G3PDHglicerol3fosfato deshidrogenasa G3P glicerol3fosfato DHAP dihidroxiacetona fosfato

Figura 3. Balance redox en Blastocystis spp. Fuentes: Denoeud et al., 2011,(45) Vielma y Chacín-Bonilla,2020.(6) MLO = orgánulos de tipo mitocondrial, AOX = oxidasa alternativa, SOD = superóxido dismutasa,GR = glutatión reductasa, GPx = glutatión peroxidasa (GPx) G3PDH = glicerol-3-fosfato deshidrogenasa,G3P = glicerol-3-fosfato, DHAP = dihidroxiacetona fosfato.

Las oxidasas alternativas son enzimas energéticamente derrochadoras, por no ser un motivo protónico yliberar energía en forma de calor, pero se consideran involucradas en los mecanismos de protección contrael estrés oxidativo. Una estrategia combinada de clonación, expresión y purificación de AOX, ensayos deactividad específica, Western blot, inmunolocalización, respirometría de alta resolución y modelado deproteínas demostraron que los residuos funcionales se conservan en la AOX de Blastocystis al ser alineadoscon secuencias AOX de Trypanosoma brucei y Sauromatum guttatum.(57)

El modelo de homología de AOX de Blastocystis se obtuvo a partir de la estructura cristalina de la oxidasaalternativa deTrypanosoma. La AOX se enriquece en fracciones mitocondriales, según análisis de Westernblot y de la electroforesis en geles de poliacrilamida SDS-PAGE para extractos proteicos de células completas,fracciones mitocondriales y citosólicas teñidas con azul de Coomassie. Se demostró la absorción de oxígenopor la AOX de Blastocystis, utilizando una proteína recombinante obtenida Escherichia coli y la AOX resultasensible al ácido salicilhidroxámico y a los inhibidores de tenoiltrifluoroacetona.(57)

En general, esos resultados "sugieren que Blastocystis puede hacer frente a las fluctuantes concentracionesde oxígeno, que podría encontrar en el intestino humano, y podría describirse mejor como un microaerófilo.Sin embargo, considerando su metabolismo energético independiente del oxígeno, en general, parece pocoprobable que el intestino disbiótico de los pacientes con síndrome de intestino irritable sea un hábitatadecuado para este anaerobio”.(57)

Importación de proteínas hasta mitocondrias en mamíferosEn los mamíferos, al menos una docena de polipéptidos involucrados en el transporte de electrones

mitocondriales están codificados por el genoma mitocondrial y se sintetizan en esta organela. Sin embargo,la gran mayoría de los polipéptidos que residen en las mitocondrias están codificados por genes nuclearesy se sintetizan fuera de estos en los polirribosomas citosólicos, por lo que es necesario la existencia de una



maquinaria de importación. En este proceso se reconocen las secuencias previas y aquellas de señales deimportación, para que cada cadena de polipéptidos alcance su ubicación celular específica.(48)

Varias mutaciones de las subunidades F1 de la ATPasa han permitido conocer en detalle este proceso. Lasproteínas de la matriz mitocondrial deben pasar de los polirribosomas citosólicos a través de las membranasmitocondriales internas y externas para llegar a su destino mediante la translocación. Los polipéptidosrecién sintetizados tienen una secuencia líder amino terminal (secuencia previa) integrada por de 20 a 50aminoácidos con características particulares: anfipático por contener aminoácidos hidrófobos y con cargaspositivas del tipo de lisina o arginina. La presecuencia es equivalente al péptido señal que media la fijaciónde los polirribosomas a las membranas, dirigiendo los polipéptidos nacientes hacia la matriz mitocondrial.La translocación ocurre postraduccionalmente, las interacciones con proteínas citosólicas que actúan comochaperonas y como factores de dirección ocurren antes de la translocación en dos posibles complejos: TOM(translocasa de la membrana externa) y TIM (translocasa de la membrana interna).(48)

La importación de proteínas en las mitocondrias a través de la membrana interna requiere una fuerzaprotón motriz, pues existe carga negativa en la matriz. La presecuencia se divide en la matriz por medio deuna proteasa de procesamiento de matriz (MPP). El contacto con otras chaperonas presentes en la matriz esesencial para completar el proceso general de importación.(48)

Maquinaria de importación a organelas similares a mitocondrias en Blastocystis spp.La presencia de variantes del mecanismo de importación de proteínas TIM/TOM parece ser común

a todos los tipos de MLOs con diferentes niveles de complejidad.(58,59,60) En 2008, se identificaronvarias proteínas de la maquinaria de importación TIM/TOM en Blastocystis, identificando una proteínametaloproteasa 1 que podría tener misma función (figura 4). Esta característica es distintiva del metabolismodemamíferos.(47)

La descripción de la maquinaria de importación de MLOs en Blastocystis spp se obtuvo usandouna combinación de bioinformática, complementación genética y el análisis de microscopía deinmunofluorescencia, demostrando que funciona como un Tom70 típico en MLOs de Blastocystis. Lapresencia de Tom70 en diferentes linajes expande el espectro evolutivo de eucariotas que contienen estaproteína y sugiere que forma parte del aparato de importación de proteína mitocondrial central del eucariotaancestral común.(61)



FIGURA 4AMaquinariade importación de proteínas hasta las MLOS en Blastocystis spp Modelo propuesto porStechmann et al en 200847 Vielma y ChacínBonilla 20206 Figura 4B Maquinaria de importaciónhasta las MLOs en Blastocystis spp Fuentes Denoeud et al 201145 Vielma y ChacínBonilla 20206

MP1 metaloproteasa 1 TIM translocasa de membrana interna TOM translocasa de membrana externa

Figura 4A. Maquinariade importación de proteínas hasta las MLOS en Blastocystis spp. Modelo propuestopor Stechmann et al., en 2008,(47) Vielma y Chacín-Bonilla, 2020.(6) Figura 4B. Maquinaria de importaciónhasta las MLOs en Blastocystis spp. Fuentes: Denoeud et al., 2011,(45) Vielma y Chacín-Bonilla, 2020(6). MP1= metaloproteasa 1, TIM = translocasa de membrana interna, TOM = translocasa de membrana externa.

TOM 70 solo se había identificado en hongos y animales, pero en el año 2011, se identificó como piezaclave de la maquinaria de importación mitocondrial en Blastocystis.(61) En el año 2020, se detectó en parásitosde la familia Trypanosomatidae, posibilitando establecer un reemplazo en el motor de importación de lamembrana mitocondrial interna (PAM) de los tripanosomas designado como JPam18.(62)

Metabolismo del piruvatoEn las células de mamíferos, el piruvato es el principal producto terminal en el glicólisis. Este se oxida

hacia CO. y agua en condiciones aeróbicas, donde el oxígeno constituye el aceptor final de electrones en lacadena de transporte de electrones de las mitocondrias. Cuando hay una falta de oxígeno, la reoxidaciónmitocondrial del NADH formado durante la glicólisis se altera, reduciendo el piruvato a lactato. La glicólisispuede ocurrir en condiciones anaeróbicas, pero limita la cantidad de ATP formado por cada mol de glucosaoxidada (2 mol de ATP en anaerobiosis y 32 mol de ATP en condiciones aeróbicas por cada mol de glucosaoxidada respectivamente). En levaduras y algunos otros microorganismos, el piruvato formado en la glicólisisanaeróbica no se reduce a lactato, sino que se descarboxila y se reduce a etanol.(48)

La encrucijada del piruvato en Blastocystis



Los protistas y hongos "amitocondriados" contienen organelas unidas a la doble membrana y derivadosde mitocondrias.(58) Estas se clasifican en dos tipos: hidrogenosomas o mitosomas anaerobios productoresde ATP, sin un papel obvio en el metabolismo energético.(47) La presencia del genoma mitocondrial quecodifica los componentes típicos de la cadena de transporte de electrones en los MLOs de Blastocystis insinúapropiedades bioquímicas de tipo mitocondrial. Mientras que, la probable localización de [Fe-Fe] hidrogenasay PFOR en la misma organela sugiere más el metabolismo hidrogenosómico. Una diferencia importanteentre los MLOs de Blastocystis y otros hidrogenosomas y mitosomas conocidos está dada por la presencia delcomplejo PDH.(45, 47)

La conversión de piruvato en Acetil-CoA a través del complejo de la PDH o PFOR es posible. La PFORreduce la flavodoxina y la [Fe-Fe] hidrogenasa, oxida la flavodoxina con la producción concomitante dehidrógeno molecular; sin embargo, no se ha demostrado la producción de hidrógeno para Blastocystis.(47)

La Acetil-CoA es convertida por la ASCT en acetato (lo que aún no ha sido comprobado), pero se logróidentificar una Acetil-CoA hidrolasa similar a la ASCT en hidrogenosomas de Trichomonas.(63)

En 2011, se ampliaron los detalles de la encrucijada del metabolismo del piruvato debido a la secuenciacióncompleta del genoma nuclear del ST7. En los MLOs es probable que haya tres formas de producir Acetil-CoAa partir de piruvato respaldado por la presencia del complejo PDH y PFOR: NADP. oxidorreductasa. Lasmitocondrias de Euglena gracilis incluyen esta característica que proporcionan adaptabilidad a varios nivelesde oxígeno.(64) Lo que también podría ocurrir en Blastocystis.

En 2011, se “identificaron las 20 subunidades del complejo I en MLOs (diez están codificados porel genoma MLOs y diez por genes nucleares). De igual forma, fueron detectadas las cuatro subunidadescodificadas nuclearmente del complejo II de la cadena respiratoria mitocondrial y este complejo podríafuncionar de dos maneras (a través de succinato deshidrogenasa o fumarato reductasa)”.(65) Sin embargo,“no se identifica ningún gen que codifique complejos de subunidades III y IV o ATP sintasa, encontrandocomponentes del ciclo de Krebs, involucrados con el complejo II (fumarato reductasa), en la respiración delfumarato”. (65)

Implicaciones potenciales de los hallazgos de la bioquímica de BlastocystisLo expuesto conduce a la hipótesis del posible rol patógeno del cromista. El hecho de contar con un

metabolismo anaeróbico o microaerófilo con rutas bioquímicas en MLOs disímiles en cuanto a estructuray posibles mecanismos de regulación permitirían (desde una concepción teórica) el desarrollo y síntesis denuevos fármacos, con actividad frente a los diferentes subtipos (genotipos) y aislados (cepas) de Blastocystisspp. Esos medicamentos deberían reunir un conjunto de características: generar una cura radical (laeliminación del estramenopile), su acción serán las enzimas limitantes de tasa en las rutas metabólicas antesseñaladas como un inhibidor no competitivo, tener efectividad en dosis bajas, no generar efectos secundariosindeseables en el humano y ser de administración oral.(5,6,66)

El metronidazol y otros imidazoles relacionados constituyen la mejor opción terapéutica frente a lainfección por Blastocystis spp. No obstante, se ha observa un incremento en la resistencia a estos fármacos.(5,6)

Por consiguiente, explotar diferencias estructurales (secuencias de residuos de aminoácidos) en enzimas deBlastocystis es una elección lógica para el diseño racional de futuros fármacos.

En un experimento con ratones infectados de Blastocystis, se pudo evidenciar un efecto sinérgico de laatorvastatina (AVA) y el metronidazol (MTZ) con una estrategia que incluyó: estudios histopatológicos,parasitológicos y de microscopía electrónica de transmisión. Los regímenes de AVA (20 y 40 mg/kg de peso)demostraron ser eficaces contra las infecciones por Blastocystis, dosificando la administración en 10 mg/Kgde peso del animal de MTZ.(67)

Las mayores reducciones (98,1% y 99,4%) fueron registradas en grupos de tratamientos combinados deAVA 20-40 mg/Kg y MTZ 10 mg/Kg, esos investigadores observaron que Blastocystis fue casi erradicado alos 20 días después de la infección. El análisis por genotipos reveló que el genotipo I era el más susceptible;



mientras que, el genotipo III resultó menos susceptible. Los estudios histopatológicos y ultraestructuralesrevelaron cambios apoptóticos en el microorganismo y una mejoría en los daños intestinales, lo que fue másnotables en los grupos de terapia combinada.(67)

Al abordar el paradigma en el estudio de Blastocystis que está relacionado con su papel en el microbiomaintestinal. Hallazgos recientes en seres humanos han mostrado cambios asociados directamente con elestramenopile en la composición de la microbiota bacteriana, pero no se define si estos ocurren debido a lapresencia de Blastocystis o como resultado de un proceso inmunológico innato, consistente con inflamación(vasodilatación, edema, rubor, dolor, aumento de la temperatura local).(68,69,70)

Un equipo investigadores Mexicanos evaluó la microbiota y la eucariota fecal bacteriana en 156 adultosasintomáticos procedentes de una población rural en Xoxocotla. La colonización con Blastocystis se asociófuertemente con un aumento en la diversidad α-bacteriana y con notorios e importantes cambios en ladiversidad β-bacteriana; así como, con cambios más discretos en el eucarioma microbiano. Más de 230unidades taxonómicas operativas (OTU, acrónimo en inglés) incluidas las de las especies dominantesPrevotella copri y Ruminococcus bromii (anaerobios estrictos) fueron diferencialmente abundantes en lapoblación de estudio. Grandes cambios funcionales acompañaron dichas observaciones, con abundanciasdiferenciales de 202 (de 266) vías metabólicas predichas, así como concentraciones fecales más bajas deacetato, butirato y propionato en individuos colonizados. La calprotectina fecal se redujo notablementeen asociación con la colonización por Blastocystis, lo que sugiere un cambio ecológico que conlleva aconsecuencias inmunitarias subclínicas para el hospedador asintomático.(68,69,70)

CONCLUSIÓNBlastocystis es un stramenopile prevalente y se considera un colonizador del intestino grueso de humanos

y otros animales. Su metabolismo es esencialmente anaeróbico. Sin embargo, la presencia de AOX ylas rutas metabólicas en MLOs suponen un microaerófilo. Los estudios bioquímicos básicos permitiráncomprender las diferencias estructurales básicas de enzimas limitantes de tasa metabólicas para desarrollarnuevos fármacos curativos, partiendo del posible rol patógeno de Blastocystis. Aunque, la evidencia recientesugiere que es poco probable que el intestino disbiótico de los pacientes con síndrome de intestino irritablesea un microambiente “ideal” para este cromista, sin que esto evite sugerir que Blastocystis pudiese ser causade dicha disbiosis.

Conflicto de interesesLos autores declaran que no existen.Declaración de contribuciónJR Vielma y N Buelvas participaron en la recolección de la información científica actualizada; así como,

en la elaboración y organización del documento.

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Metabolismo intermediario de Blastocystis spp